在我们大多数人“非黑即白”、“非此即彼”的观念里,半导体厂商应该不是选择finfet就是fd-soi工艺技术;不过既然像是台积电(tsmc)、 globalfoundrie或三星(samsung)等晶圆代工厂,必须要同时提供以上两种工艺产能服务客户,有越来越多半导体制造商也正在考虑也致力提供“两全其美”的工艺技术。
例如飞思卡尔半导体(freescale semiconductor)最近就透露,该公司正在14至16纳米节点采用finfet技术,以及在28纳米节点采用fd-soi工艺技术,只为了达成相同的目标,更高的速度以及更低的功耗,不过是针对不同的半导体组件产品;此外飞思卡尔也在尝试在下一世代的半导体工艺节点,将两种技术结合在一起。“飞思卡尔与所有的晶圆代工厂商都有合作关系,也具备从低复杂性到超高复杂性的工艺技术与连结技术能力,其中有很多是独家的;”飞思卡尔微控制器(mcu)事业群的应用处理器与先进技术副总裁ron martino表示:“因此,我们已经针对finfet与fd-soi工艺开发了优化的技术蓝图。”
martino 进一步举例指出,fd-soi晶圆片较昂贵,不过适合低功耗或高性能的应用,搭配飞思卡尔的28纳米i.mx非常完美;至于finfet工艺,该公司认为该技术是数字连网(digital networking)产品线成功的关键,能以良好的价格与性能比达成他们提高产品速度的目标。
soi产业联盟(成员包括ibm、imec、soitec、st与飞思卡尔)已经尝试将finfet技术与soi结合,图中显示埋入氧化层(buried-oxide,box;图右)已经为fd-soi薄化 (图片来源:soi产业联盟)martino甚至认为,未来可能会有一些透过结合finfet与fd-soi所带来的“惊喜”,也许是将这两种技术在下一个半导体工艺节点合并在一起,同时在未来许多年维持以28纳米fd-soi制造较低端的产品。
“fd- soi工艺需要传感器整合,28纳米节点具备所需的rf与模拟功能,能让许多可穿戴式设备在链接性与低功耗方面取得具吸引力的平衡;”martino表示:“各个节点的甜蜜点(sweet spot)是fd-soi在40纳米节点与28纳米节点,finfet则是更先进的节点如14~16纳米节点。在工艺微缩以及成本的优化方面,我们将看我们能如何有效地利用fd-soi与finfet。”
图中显示在soi上的finfet之鳍式晶体管如何能被更好的隔离,以及无期限的通道如何简化了工艺步骤
意法半导体(stmicroelectronics)是选择fd-soi优先于finfet,前者是藉由在晶体管(box)之下放置一层薄的绝缘体,因此让未掺杂的通道达到全空乏(full-depletion),将泄漏电流缩减到最小。不过fd-soi还有一个通常被忽视的优势,是极化 (polarize) box下方基板的能力,也就是“顺向基底偏压(forward body biasing,fbb)”。顺向基底偏压在功耗与性能折衷的优化方面非常有效率,而且藉由在运作过程中改变偏置电压,设计工程师能让他们的晶体管在不使用时达到超低功耗,但又能在速度如常时于关键时刻达到超高效能。
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